Aditivos resistentes al agua para productos de yeso con fibra de madera.

Emulsión, que comprende:

al menos una cera;

un alquil fenol;

al menos un tensioactivo;

ácido polinaftalensulfónico;

un hidróxido de un metal alcalino; y

agua

Aditivos resistentes al agua para productos de yeso con fibra de madera.

La presente solicitud reivindica los derechos de la Solicitud Provisional US nº 60/435.329, presentada el 20 de diciembre de 2002, y de la Solicitud Provisional US nº 60/454.131, presentada el 12 de marzo de 2003.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aditivo útil para mejorar la resistencia al agua de los productos de yeso con fibra de madera. La presente invención también se refiere a una emulsión que incluye una cera o combinación de ceras, un alquil fenol, al menos un tensioactivo, ácido polinaftalensulfónico y un hidróxido de un metal alcalino, siendo la emulsión útil para mejorar la resistencia al agua de los productos de yeso con fibra de madera. La presente invención también se refiere a un procedimiento de preparación de la emulsión.

Antecedentes de la invención

Determinadas propiedades del yeso (sulfato de calcio dihidratado) hacen que su uso esté generalizado en la fabricación de productos industriales y para la construcción, especialmente el tablero de yeso. Es una materia prima muy abundante y generalmente económica que, mediante un proceso de deshidratación y rehidratación, se puede colar, moldear o dar forma de otro modo para lograr formas útiles. El material base a partir del cual se fabrica el tablero de yeso es la forma hemihidratada del sulfato de calcio (yeso) , habitualmente denominada yeso de estuco, que se produce mediante la conversión térmica del dihidrato del cual se ha eliminado la fase acuosa.

En la fabricación de tablero de yeso, la pasta de yeso debe fluir sobre un sustrato de papel. En un proceso continuo, la combinación pasta/sustrato se dimensiona entonces haciendo pasar esta combinación entre rodillos. Al mismo tiempo que esta etapa de dimensionamiento, se coloca un soporte de papel sobre la pasta de yeso dimensionada. Por consiguiente, la pasta de yeso tiene que presentar una fluidez suficiente, de forma que se pueda fabricar un tablero de yeso correctamente dimensionado.

En la fabricación de tablero de yeso también es importante que la pasta de yeso se pueda espumar hasta un determinado límite. La espumabilidad se refiere a la capacidad de ser espumada. Cuando la pasta de yeso y el sustrato de papel se hacen pasar por los rodillos de dimensionamiento, una determinada cantidad de pasta de yeso debe fluir en sentido contrario y acumularse en la línea de tangencia de los rodillos, de forma que se suministre un flujo regular de yeso a los rodillos de dimensionamiento.

Debido a la naturaleza continua del proceso de fabricación de tablero de yeso, en el cual la pasta de yeso fluye sobre un sustrato que, a continuación, se hace pasar por rodillos de dimensionamiento, el grado hasta el cual fluye la pasta de yeso después de que se haya dimensionado es crítico para mantener las dimensiones del producto acabado de tablero de yeso. El momento en el cual la pasta de yeso deja de fluir se denomina tiempo de prefraguado. El tiempo de fraguado de la pasta de yeso también es una propiedad importante. El tiempo de fraguado se refiere a la cantidad de tiempo que tarda la pasta de yeso en secarse, con calor, hasta lograr tablero de yeso sólido, acabado.

El tablero de yeso absorbe agua, lo cual disminuye la resistencia de la placa. Los productos de la técnica anterior, como tablero de yeso, baldosa de yeso, bloque de yeso, moldes de yeso y similares comunes, presentan una resistencia al agua relativamente baja. Cuando se introduce en agua, por ejemplo, tablero de yeso común, el tablero absorbe rápidamente una cantidad considerable de agua y pierde gran parte de su resistencia. Ensayos reales han demostrado que cuando un cilindro de 5, 1 cm (2 pulgadas) por 10, 16 cm (4 pulgadas) con un núcleo de material de tablero de yeso se sumergía en agua a aproximadamente 21°C (70°F) , el cilindro mostraba una absorción de agua del 36% tras una inmersión durante 40 minutos.

El producto de yeso con fibra de madera (GWF) es diferente de los productos de placas de yeso convencionales, en que el GWF incorpora a la pasta sólida tanto yeso como fibras de madera. Por ejemplo, además de madera, los tableros con partículas, tableros con fibras, tableros de láminas, tableros en varias capas, pulpa y papel reciclados y tableros “duros” (tableros de fibras de alta densidad) son algunas de las formas de productos de material lignocelulósico procesado usados en la industria de la construcción. Dichos materiales presentan mayor resistencia a la tracción y a la flexión que el yeso. Sin embargo, también son generalmente más costosos, presentan mala resistencia al fuego y, frecuentemente, son susceptibles de hinchamiento o deformación cuando se exponen a la humedad. Por tanto, son deseables unos medios asequibles para mejorar estas propiedades que limitan el uso de productos para la construcción fabricados a partir de material celulósico.

Los intentos anteriores de combinar las propiedades ventajosas del yeso y de las fibras celulósicas, especialmente fibras de madera, han tenido un éxito muy limitado. Los intentos de añadir fibras celulósicas (u otras fibras con ese fin) , a panel de yeso y/o al núcleo de cartón-yeso generalmente han producido poca o ninguna mejoría en la resistencia debido a la, hasta ahora, imposibilidad de lograr una unión significativa entre las fibras y el yeso. Las

patentes US nº 4.328.178, 4.239.716, 4.392.896 y 4.645.548 divulgan recientes ejemplos en los que se mezclaban fibras de madera u otras fibras naturales con pasta de yeso estuco (sulfato de calcio hemihidratado) para que sirvieran como refuerzo para un tablero de yeso rehidratado o similar.

La patente US nº 4.734.163 enseña un proceso, en el cual yeso crudo o sin calcinar se muele finamente y se mezcla en húmedo con el 5-10% de pulpa de papel. Esta mezcla se deshidrata parcialmente, se hace un torta y se deshidrata adicionalmente mediante rodillos de presión hasta que la proporción agua/sólidos es inferior a 0, 4. La torta se corta para obtener tableros sin fraguar los cuales, tras ser recortados y cortados, se apilan entre placas dobles de acero y se colocan en una autoclave. La temperatura de la autoclave se eleva hasta aproximadamente 140° C para transformar el yeso en sulfato de calcio alfa hemihidratado. Durante el posterior enfriamiento progresivo de los tableros del recipiente, el hemihidrato se rehidrata de nuevo hasta la forma dihidratada (yeso) y proporciona integridad a los tableros. Los tableros se secan entonces y se les proporciona el acabado necesario.

La patente US nº 5.320.677 de Baig describe un material compuesto fabricado a partir de yeso y partículas huésped de un material de refuerzo, tal como fibras de lignocelulosa. El material compuesto se produce mezclando yeso y partículas huésped de una sustancia más fuerte, tal como fibras de madera, en una pasta acuosa diluida. La pasta se calienta en una autoclave, preferentemente a presión, para transformar el yeso en sulfato de calcio alfa hemihidratado. La pasta transformada caliente se descarga desde un cajón de entrada a una cinta transportadora continua con fieltro del tipo usado en las operaciones de fabricación de papel, en la cual la pasta se deshidrata para eliminar tanta agua no ligada como sea posible antes de rehidratar el hemihidrato para obtener yeso de nuevo. El material resultante es una masa homogénea que comprende cristales de yeso físicamente unidas a las partículas huésped discretas. La hoja resultante se seca entonces en hornos calientes de secado por aire forzado o por convección y el tablero secado se corta con las dimensiones deseadas. Baig enseña la adición de modificadores de los cristales a la pasta, pero no describe la adición de ningún aditivo para mejorar la resistencia al agua del producto final.

Estos productos de la técnica anterior, al igual que el panel de yeso, la baldosa de yeso, el bloque de yeso, los moldes de yeso y similares comunes, presentan una resistencia al agua relativamente baja.

La patente US nº 6.010.596 de Song describe la adición de una emulsión de cera que contiene una combinación de un hidrocarburo parafínico, cera montana, alcohol polivinílico, agua y emulsificantes a una pasta caliente que contiene yeso molido y fibra de madera. Los emulsificantes incluyen tensioactivos no iónicos y catiónicos. Cuando todavía está caliente, la pasta se descarga desde un cajón de entrada a una cinta transportadora continua con fieltro, tal como el tipo usado en las operaciones de fabricación... [Seguir leyendo]

1. Emulsión, que comprende: al menos una cera; un alquil fenol; al menos un tensioactivo; ácido polinaftalensulfónico; un hidróxido de un metal alcalino; y agua.

2. Emulsión según la reivindicación 1, en la que el hidróxido de un metal alcalino se selecciona de entre el grupo constituido por hidróxido de sodio e hidróxido de potasio.

3. Emulsión según la reivindicación 1, en la que el alquil fenol es un alquil fenol con metileno acoplado polimerizado C24-C36.

4. Emulsión según la reivindicación 3, en la que el alquil fenol con metileno acoplado polimerizado C24-C36 está presente en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5 y aproximadamente el 10% en peso, en base al peso total de la emulsión.

5. Emulsión según la reivindicación 1, en la que el tensioactivo se selecciona de entre el grupo constituido por un éster de sorbitán, un éster de polioxietilen sorbitán y una combinación de los mismos.

6. Emulsión según la reivindicación 5, en la que el éster de sorbitán es monoestearato de sorbitán.

7. Emulsión según la reivindicación 5, en la que el éster de polioxietilen sorbitán es monoestearato de polioxietilen sorbitán.

8. Emulsión según la reivindicación 1, en la que el tensioactivo es una combinación de de monoestearato de sorbitán y monoestearato de polioxietilen sorbitán.

9. Emulsión según la reivindicación 5 ó 8, en la que el tensioactivo está presente en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5 y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión.

10. Emulsión según la reivindicación 1, en la que una primera cera tiene un punto de fusión de al menos 49°C (120°F) y una segunda cera es una cera saponificabl e.

11. Emulsión según la reivindicación 10, en la que la primera cera está presente en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 30 y aproximadamente el 45% en peso y la segunda cera está presente en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 3 y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión.

12. Emulsión según la reivindicación 1, en la que el ácido polinaftalensulfónico está presente en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 25 y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión.

13. Emulsión según la reivindicación 1, que comprende además un almidón.

14. Emulsión según la reivindicación 13, en la que el almidón es un almidón complejado que comprende un almidón y un agente complejante seleccionado de entre el grupo constituido por un compuesto tipo borato y un compuesto de molibdeno.

15. Emulsión según la reivindicación 14, en la que el almidón se selecciona de entre el grupo constituido por almidón no modificado, almidón modificado con ácido, almidón hidroxietilado, almidón oxidado y almidón catiónico.

16. Emulsión según la reivindicación 15, en la que el almidón es almidón modificado con ácido.

17. Emulsión según la reivindicación 14, en la que la proporción entre el agente complejante y el almidón, en base peso/peso, es de aproximadamente 1:4 a aproximadamente 1:20.

18. Procedimiento para preparar una emulsión, que comprende las etapas siguientes:

(a) calentar hasta una temperatura comprendida entre aproximadamente 85°C (185°F) y aproximadamente 99 °C (210°F) una mezcla que contiene al menos una cera, un alquil fenol y al menos un tensioactivo seleccionado de entre el grupo constituido por un éster de sorbitán y un éster de polioxietilen sorbitán, produciendo una mezcla en fase cera;

(b) calentar hasta una temperatura comprendida entre aproximadamente 85°C (185°F) y aproximadamente 99 °C (210°F) una mezcla que contiene ácido polinaftalens ulfónico, un hidróxido de un metal alcalino y agua, para producir una mezcla en fase acuosa;

(c) añadir la mezcla en fase acuosa a la mezcla en fase cera para proporcionar una mezcla;

(d) homogeneizar la mezcla de la etapa (c) a una presión comprendida entre aproximadamente 13789, 5 kPa (2000 psig) y aproximadamente 27579, 0 kPa (4000 psig) ; y

(e) enfriar la mezcla homogeneizada a una velocidad eficaz para controlar la estabilidad y la viscosidad de la mezcla homogeneizada.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que el hidróxido de un metal alcalino se selecciona de entre el grupo constituido por hidróxido de sodio e hidróxido de potasio.

20. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que el alquil fenol es un alquil fenol con metileno acoplado polimerizado C24-C36.

21. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que el tensioactivo es una combinación de monoestearato de sorbitán y monoestearato de polioxietilen sorbitán.

22. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que una primera cera tiene un punto de fusión de al menos 49°C (120°F) y una segunda cera es una cera saponificabl e.

23. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que se añade a la mezcla en fase acuosa un almidón complejado, que comprende un almidón y un agente complejante seleccionado de entre el grupo constituido por un compuesto tipo borato y un compuesto de molibdeno.

24. Emulsión, que comprende:

una primera cera con un punto de fusión de al menos 49°C (120°F) en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 30% en peso y aproximadamente el 45% en peso, en base al peso total de la emulsión;

una cera saponificable en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 3 y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión;

una combinación de tensioactivos en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5 y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión;

un alquil fenol en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5 y aproximadamente el 10% en peso, en base al peso total de la emulsión;

un ácido polinaftalensulfónico en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 25 y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión;

agua en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 45 y aproximadamente el 65% en peso, en base al peso total de la emulsión; y

un hidróxido de un metal alcalino en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5 y aproximadamente el 3% en peso, en base al peso total de la emulsión.

25. Emulsión según la reivindicación 24, que comprende además un almidón complejado, comprendiendo el almidón complejado un almidón y un agente complejante seleccionado de entre el grupo constituido por un compuesto tipo borato y un compuesto de molibdeno.

26. Procedimiento para fabricar un artículo de yeso con fibra de madera, que comprende las etapas siguientes:

(a) mezclar una pasta que contiene entre aproximadamente el 5% en peso y aproximadamente el 50% en peso de fibra de madera; entre aproximadamente el 5% en peso y aproximadamente el 50% en peso de yeso, entre

aproximadamente el 1% en peso y aproximadamente el 3% en peso de la emulsión de la reivindicación 25, en base al peso total de pasta y agua;

(b) distribuir la pasta sobre una tela con vacío para la formación de una hoja;

(c) secar parcialmente la hoja de la etapa (b) ;

(d) prensar la hoja de la etapa (c) a través de una serie de rodillos de correas con vacío; y

(e) secar la hoja prensada de la etapa (d) en un horno.

27. Procedimiento según la reivindicación 26, en el que la emulsión de cera comprende:

una primera cera con un punto de fusión de al menos 49°C (120°F) en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 30 y aproximadamente el 45% en peso, en base al peso total de la emulsión;

una cera saponificable en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 3 y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión;

una combinación de tensioactivos en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5 y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión;

un alquil fenol en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 5 y aproximadamente el 10% en peso, en base al peso total de la emulsión;

un ácido polinaftalensulfónico en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 25 y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión;

agua en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 45 y aproximadamente el 65% en peso, en base al peso total de la emulsión; y

un hidróxido de un metal alcalino en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5 y aproximadamente el 3% en peso, en base al peso total de la emulsión.

28. Procedimiento según la reivindicación 27, en el que la emulsión de cera comprende además un almidón complejado, comprendiendo el almidón complejado un almidón y un agente complejante seleccionado de entre el grupo constituido por un compuesto tipo borato y un compuesto de molibdeno.

29. Placa fabricada mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28.

30. Revestimiento fabricado mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28.

31. Artículo de yeso con fibra de madera, que comprende:

(a) fibra de madera;

(b) yeso; y

(c) la emulsión de cera de la reivindicación 1.

32. Artículo de yeso con fibra de madera según la reivindicación 31, en el que la emulsión de cera comprende:

una primera cera con un punto de fusión de al menos 49°C (120°F) en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 30% en peso y aproximadamente el 45% en peso, en base al peso total de la emulsión;

una cera saponificable en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 3% y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión;

una combinación de tensioactivos en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5% y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión;

un alquil fenol en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5% y aproximadamente el 10% en peso, en base al peso total de la emulsión;

un ácido polinaftalensulfónico en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 25% y aproximadamente el 5% en peso, en base al peso total de la emulsión;

agua en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 45% y aproximadamente el 65% en peso, en base al peso total de la emulsión; y

un hidróxido de un metal alcalino en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 5% y aproximadamente el 3% en peso, en base al peso total de la emulsión.

33. Artículo de yeso con fibra de madera según la reivindicación 32, en el que la emulsión de cera comprende

además un almidón. 10

34. Artículo de yeso con fibra de madera según la reivindicación 32, en el que la emulsión de cera comprende además un almidón complejado, comprendiendo el almidón complejado un almidón y un agente complejante seleccionado de entre el grupo constituido por un compuesto tipo borato y un compuesto de molibdeno.

35. Artículo de yeso con fibra de madera según la reivindicación 31 ó 32, en el que la fibra de madera se selecciona de entre fuentes de madera dura y blanda, y mezclas de las mismas.

36. Artículo de yeso con fibra de madera, que comprende:

(a) fibra de madera;

(b) yeso; y

(c) la emulsión de cera de la reivindicación 1, comprendiendo la emulsión de cera un almidón complejado,

comprendiendo el almidón complejado un almidón y un agente complejante seleccionado de entre el grupo constituido por un compuesto tipo borato y un compuesto de molibdeno, en el cual la fibra de madera se selecciona de entre fuentes de madera dura y blanda, y mezclas de las mismas.